光纖溫度傳感器 ppt課件

1、4.14.1光纖溫度傳感器的原理光纖溫度傳感器的原理光纖溫度傳感器的根本任務(wù)原理是未來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器， 待測(cè)參數(shù)溫度與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后， 導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)( 如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位等) 發(fā)生變化， 稱為被調(diào)制的信號(hào)光。 再經(jīng)過光纖送入光探測(cè)器， 經(jīng)解調(diào)后， 獲得被測(cè)參數(shù)。光纖溫度傳感器種類很多 ， 但概括起來按其任務(wù)原理可分為功能型和傳輸型兩種。 功能型光纖溫度傳感器是利用光纖的各種特性( 相位、偏振、強(qiáng)度等) 隨溫度變換的特點(diǎn)， 進(jìn)展溫度測(cè)定。 這類傳感器雖然具有 傳!、 感!合一的特點(diǎn)， 但也添加了增敏和去敏的困難。 傳輸型光纖溫度傳感器的光纖只是起到光信號(hào)傳輸

2、的作用， 以避開測(cè)溫區(qū)域復(fù)雜的環(huán)境。 對(duì)待測(cè)對(duì)象的調(diào)制功能是靠其他物理性質(zhì)的敏感元件來實(shí)現(xiàn)的。 這類傳感器由于存在光纖與傳感頭的光耦合問題， 添加了系統(tǒng)的復(fù)雜性， 且對(duì)機(jī)械振動(dòng)之類的干擾比較敏感。4.24.2光纖溫度傳感器的研討現(xiàn)狀光纖溫度傳感器的研討現(xiàn)狀 目前已研制成多種光纖溫度傳感器。 其中有代表性的有光纖Fabry- perot 干涉型溫度傳感器、半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器三種。我主要引見一下半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器的研討現(xiàn)狀。4.34.3半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器 半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器是利用半導(dǎo)體資料的吸收光譜隨溫度變化而變化的特性

3、實(shí)現(xiàn)的。 光經(jīng)過半導(dǎo)體資料時(shí)， 資料會(huì)吸收一部分光子能量， 當(dāng)光子能量超越半導(dǎo)體禁帶寬度能量Eg( T ) 時(shí)， 傳輸光的波長(zhǎng)發(fā)生變化， 由于禁帶寬度隨溫度的變化而變化， 因此半導(dǎo)體資料吸收的波長(zhǎng)會(huì)隨溫度而變化，同時(shí)進(jìn)入半導(dǎo)體資料的光強(qiáng)將發(fā)生變化。 當(dāng)溫度變化時(shí)進(jìn)入半導(dǎo)體資料的光強(qiáng)將發(fā)生變化， 假設(shè)檢測(cè)出穿過半導(dǎo)體資料的光強(qiáng)， 即可得出對(duì)應(yīng)的溫度量。 利用半導(dǎo)體光吸收原理設(shè)計(jì)了一種可在高壓、強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下運(yùn)用的溫度傳感器。 如下圖是系統(tǒng)的任務(wù)原理圖。系統(tǒng)的任務(wù)原理圖 由發(fā)光管穩(wěn)壓電源驅(qū)動(dòng)AlGaAs， InGaAsP 兩發(fā)光二極管發(fā)光， 控制電路控制光開關(guān)分時(shí)接納來自信號(hào)光源( AlGaAs

4、) 與參考光源( InGaAsP) 發(fā)出的光束， 探頭中的GaAs 資料對(duì)光有吸收作用， 透射光強(qiáng)與溫度有關(guān)。 首先是讓丈量光經(jīng)過， 然后是參考光經(jīng)過，經(jīng)過的途徑和前面完全一樣， 只是由于探頭中的GaAs資料對(duì)它來說是完全透明的。兩光束經(jīng)過光纖傳輸后經(jīng)PIN 光電二極管把參考光束和信號(hào)光束轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)， 經(jīng)前置放大、濾波后， 經(jīng)過A/ D 接口到單片機(jī)， 經(jīng)除法運(yùn)算和數(shù)據(jù)處置后輸出顯示。 光探頭是由半導(dǎo)體資料GaAs 制造， 其厚度約100 M，兩邊拋光， 鍍?cè)鐾改ぃ?探頭與光纖芯的銜接如下圖。 傳感頭構(gòu)造圖 此傳感器其溫度丈量范圍在- 10120 ， 準(zhǔn)確度可達(dá)1 ， 呼應(yīng)時(shí)間22 s， 特

5、別適宜超長(zhǎng)間隔和惡劣環(huán)境下的運(yùn)用。 基于半導(dǎo)體GaAs 對(duì)近紅外光的吸收波峰值隨溫度升高向長(zhǎng)波長(zhǎng)挪動(dòng)從而引起透射率隨溫度變化而變化這一特性設(shè)計(jì)了一種單光路的半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器。測(cè)溫系統(tǒng)原理圖如下圖：傳感器原理圖 用7805 穩(wěn)壓器搭建穩(wěn)壓電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管( LED) ， 使LED 獲得穩(wěn)定的輸出功率， 經(jīng)耦合安裝將LED 光源部分耦合進(jìn)入光纖， 經(jīng)敏感測(cè)頭的光能量攜帶溫度信號(hào)經(jīng)過耦合安裝耦合到硅光電三極管， 采用集成運(yùn)放LM324 進(jìn)展電壓放大處置， 最后進(jìn)展標(biāo)定。 敏感測(cè)頭如圖6 所示。敏感測(cè)頭構(gòu)造 采用經(jīng)研磨并拋光厚度達(dá)200 m， 面積約2mm ? 2 mm 的GaAs 片

6、， 將其垂直置于直徑為2。 49mm 的陶瓷套管中。 將GaAs 片粘在一邊的陶瓷插芯端面， 將光纖對(duì)準(zhǔn)并固定。實(shí)驗(yàn)證明: 該單光路光纖溫度傳感器的丈量精度可到達(dá)% 1 ， 呼應(yīng)時(shí)間在20 s 之內(nèi)， 有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、反復(fù)性; 在20 70 具有良好的線性， 在這個(gè)范圍內(nèi)對(duì)某些環(huán)境下( 如石油工業(yè)、電力工業(yè)) 可得到廣泛運(yùn)用。 根據(jù)傳感頭內(nèi)的各部分資料特性， 以及光纖的熱穩(wěn)定性， 這種傳感器可在- l0 300 內(nèi)正常任務(wù)。上面2 種傳感器后者比前者在呼應(yīng)時(shí)間及適用溫度范圍方面均有提高， 但前者適宜超長(zhǎng)間隔運(yùn)用。 光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn) 1靈敏度高 2幾何外形具有多方面順應(yīng)性，可以制成恣意外形的光纖傳感器 3可以制造傳感各種不同物理信息如聲、磁、溫度、旋度等的器件 4可以用于高壓、電氣噪聲、高溫腐蝕或其他惡劣環(huán)境 5而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的內(nèi)在相容性 (6)丈量速度快 光的傳播速度最快且能傳送二維信息，因此可用